集成電路版圖設計——基於華大九天集成電路版圖設計與驗證平臺Aether

目錄
第1 章 集成電路版圖設計基礎 ................................................................................................. 1
1.1 集成電路和集成電路設計 ............................................................................................ 1
1.1.1 集成電路及其發展 ............................................................................................. 1
1.1.2 集成電路製造流程 ............................................................................................. 2
1.1.3 集成電路設計和要求 ......................................................................................... 4
1.1.4 集成電路設計流程 ............................................................................................. 5
1.1.5 集成電路設計分類方法 ..................................................................................... 6
1.2 集成電路版圖設計與驗證 ............................................................................................ 6
1.2.1 版圖設計的概念 ................................................................................................. 6
1.2.2 版圖設計方法 ..................................................................................................... 7
1.2.3 版圖驗證及相關工具 ......................................................................................... 8
1.3 集成電路版圖設計工具 ................................................................................................ 9
1.3.1 全定製版圖設計工具 ....................................................................................... 10
1.3.2 標準單元版圖設計工具 ................................................................................... 11
1.4 集成電路版圖設計工藝文件 ...................................................................................... 11
思考與操作練習 ................................................................................................................... 12
第2 章 集成電路版圖識別 ....................................................................................................... 13
2.1 集成電路版圖識別方法和工具 .................................................................................. 13
2.1.1 集成電路版圖識別方法 ................................................................................... 13
2.1.2 集成電路版圖識別工具 ................................................................................... 14
2.2 電阻版圖的識別 .......................................................................................................... 15
2.2.1 集成電路中電阻的計算與繪制 ....................................................................... 15
2.2.2 集成電路版圖中電阻的分類 ........................................................................... 17
2.3 電容版圖的識別 .......................................................................................................... 20
2.3.1 集成電路中電容的測算 ................................................................................... 20
2.3.2 MOS 集成電路中常用的電容 .......................................................................... 22
2.4 二極管、三極管版圖的識別 ...................................................................................... 25
2.4.1 二極管版圖 ....................................................................................................... 25
2.4.2 三極管版圖 ....................................................................................................... 25
2.5 MOS 場效應管版圖的識別 ........................................................................................ 27
2.5.1 MOS 場效應管結構.......................................................................................... 27
2.5.2 MOS 場效應管版圖.......................................................................................... 28
思考與操作練習 ................................................................................................................... 29
第3 章 集成電路版圖設計系統 ............................................................................................... 30
3.1 硬件系統 ...................................................................................................................... 30
3.2 軟件系統 ...................................................................................................................... 33
3.2.1 服務器軟件系統 ............................................................................................... 33
3.2.2 Linux 操作系統中的常用指令 ......................................................................... 35
3.2.3 文本編輯器 ....................................................................................................... 37
3.2.4 遠程桌面軟件 ................................................................................................... 37
3.3 華大九天EDA 軟件 .................................................................................................... 39
3.3.1 華大九天EDA 軟件簡介 ................................................................................. 39
3.3.2 原理圖編輯工具Empyrean Aether SE 簡介 .................................................... 40
3.3.3 電路模擬工具Empyrean ALPS 簡介 .............................................................. 41
3.3.4 版圖編輯工具Empyrean Aether LE 簡介 ....................................................... 42
3.3.5 寄生參數提取工具Empyrean RCExplorer 簡介 ............................................. 43
第4 章 基於華大九天系統的集成電路前端設計 ................................................................... 45
4.1 前端設計準備 .............................................................................................................. 46
4.1.1 庫和庫文件 ....................................................................................................... 46
4.1.2 Empyrean Aether DM 簡介 ............................................................................... 46
4.1.3 創建庫 ............................................................................................................... 47
4.1.4 管理庫 ............................................................................................................... 49
4.2 繪制CMOS 反相器Schematic ................................................................................... 51
4.2.1 創建Schematic View 文件 ............................................................................... 51
4.2.2 添加元器件 ....................................................................................................... 52
4.2.3 連線 ................................................................................................................... 53
4.2.4 設置元器件參數 ............................................................................................... 54
4.2.5 放置埠 ........................................................................................................... 54
4.2.6 檢查並保存 ....................................................................................................... 55
4.3 創建CMOS 反相器的Symbol ................................................................................... 55
4.3.1 創建Symbol ...................................................................................................... 55
4.3.2 編輯Symbol ...................................................................................................... 56
4.3.3 電路的層次化設計 ........................................................................................... 57
4.4 電路模擬 ...................................................................................................................... 58
4.4.1 創建模擬電路 ................................................................................................... 59
4.4.2 打開模擬環境 ................................................................................................... 60
4.4.3 模擬設置 ........................................................................................................... 60
4.4.4 輸出選擇 ........................................................................................................... 61
4.4.5 模擬並查看波形 ............................................................................................... 62
4.4.6 模擬結果分析 ................................................................................................... 62
第5 章 基於華大九天系統的集成電路後端設計 ................................................................... 64
5.1 版圖的設計規則 .......................................................................................................... 64
5.2 CMOS 反相器版圖繪制 .............................................................................................. 65
5.2.1 創建版圖文件 ................................................................................................... 65
5.2.2 物理層和版圖層之間的關系 ........................................................................... 66
5.2.3 CMOS 反相器版圖的輸入 ............................................................................... 68
5.3 原理圖驅動版圖設計方法 .......................................................................................... 70
5.4 CMOS 反相器版圖驗證 .............................................................................................. 72
5.4.1 CMOS 反相器的DRC 驗證 ............................................................................. 72
5.4.2 CMOS 反相器的LVS 驗證 .............................................................................. 74
第6 章 版圖寄生參數提取及電路後模擬 ............................................................................... 78
6.1 版圖寄生參數提取 ...................................................................................................... 78
6.1.1 版圖寄生參數簡介 ........................................................................................... 78
6.1.2 寄生參數提取流程 ........................................................................................... 79
6.2 電路後模擬 .................................................................................................................. 82
6.2.1 電路後模擬簡介 ............................................................................................... 82
6.2.2 電路後模擬流程 ............................................................................................... 82
第7 章 基於華大九天系統的版圖設計基礎案例 ................................................................... 84
7.1 基本元器件的設計 ...................................................................................................... 84
7.1.1 電阻 ................................................................................................................... 84
7.1.2 電容 ................................................................................................................... 89
7.2 基本數字模塊的設計 .................................................................................................. 91
7.2.1 復合邏輯門的設計 ........................................................................................... 92
7.2.2 復合邏輯門的優化設計 ................................................................................. 100
7.2.3 CMOS D 鎖存器的設計 ................................................................................. 105
7.2.4 SRAM 單元電路設計 ..................................................................................... 114
7.3 基本模擬模塊的設計 ................................................................................................ 119
7.3.1 電阻負載的共源放大電路及其版圖的設計 ................................................. 120
7.3.2 輸出驅動電路的設計 ..................................................................................... 125
第8 章 基於華大九天系統的版圖設計進階案例 ................................................................. 132
8.1 十六分頻電路的設計 ................................................................................................ 132
8.1.1 D 觸發器的設計 ............................................................................................. 132
8.1.2 十六分頻電路的設計 ..................................................................................... 134
8.2 上電復位電路的設計 ................................................................................................ 135
8.2.1 案例簡介 ......................................................................................................... 135
8.2.2 上電復位電路設計與模擬 ............................................................................. 137
8.2.3 上電復位電路版圖設計與驗證 ..................................................................... 143
8.3 低電壓復位電路的設計 ............................................................................................ 148
8.4 RC 環形振盪器的設計 .............................................................................................. 151
8.4.1 案例簡介 ......................................................................................................... 151
8.4.2 RC 環形振盪器電路設計與模擬 ................................................................... 151
8.4.3 RC 環形振盪器的版圖設計與驗證 ............................................................... 159
8.5 施密特觸發器的設計 ................................................................................................ 162
8.5.1 案例簡介 ......................................................................................................... 162
8.5.2 IP 電路設計與模擬 ......................................................................................... 163
8.5.3 IP 版圖設計與驗證 ......................................................................................... 168
第9 章 基於華大九天系統的版圖設計復雜案例 ................................................................. 171
9.1 帶隙基準電路的設計 ................................................................................................ 171
9.1.1 背景知識 ......................................................................................................... 171
9.1.2 電路設計與模擬 ............................................................................................. 174
9.1.3 版圖設計 ......................................................................................................... 176
9.2 差分放大器的設計 .................................................................................................... 177
9.2.1 差分放大器的電路模擬 ................................................................................. 178
9.2.2 差分放大器的版圖設計 ................................................................................. 179
9.3 高增益運算放大器的設計 ........................................................................................ 183
9.3.1 簡單運算放大器的電路結構 ......................................................................... 183
9.3.2 高增益運算放大器的結構選取 ..................................................................... 183
9.3.3 兩級式運放的設計 ......................................................................................... 184
9.4 運算放大器的頻率補償 ............................................................................................ 184
9.4.1 系統穩定原理 ................................................................................................. 184
9.4.2 米勒補償 ......................................................................................................... 184
9.5 運算放大器的電路模擬 ............................................................................................ 185
9.5.1 模擬準備及模擬環境設置 ............................................................................. 185
9.5.2 模擬結果讀取 ............................................................................................... 186
9.5.3 模擬結果分析 ................................................................................................. 188
9.6 運算放大器的版圖設計 ............................................................................................ 189
9.6.1 電流源版圖 ..................................................................................................... 189
9.6.2 MOS 管版圖 ................................................................................................... 189
9.6.3 電阻版圖 ......................................................................................................... 189
9.6.4 電容版圖 ......................................................................................................... 190
9.6.5 總體版圖與版圖優化 ........................................................................................ 191
9.7 運算放大器的版圖驗證 ............................................................................................ 192
9.7.1 DRC 驗證 ........................................................................................................ 192
9.7.2 LVS 驗證 ......................................................................................................... 194